Lors de la résolution de problèmes de circuit, il est parfois nécessaire de s'éloigner de l'utilisation de transformateurs pour augmenter la tension de sortie. La raison en est le plus souvent l'impossibilité d'inclure des convertisseurs élévateurs dans les appareils en raison de leurs indicateurs de poids et de taille. Dans une telle situation, la solution consiste à utiliser un circuit multiplicateur.
Définition du multiplicateur de tension
Un appareil, c'est-à-dire un multiplicateur d'électricité, est un circuit qui permet de convertir une tension alternative ou pulsée en une tension continue, mais d'une valeur supérieure. L'augmentation de la valeur du paramètre en sortie de l'appareil est directement proportionnelle au nombre d'étages du circuit. Le multiplicateur de tension le plus élémentaire qui existe a été inventé par les scientifiques Cockcroft et W alton.
Les condensateurs modernes développés par l'industrie électronique se caractérisent par une petite taille et une capacité relativement grande. Cela a permis de reconstruire de nombreux circuits et d'introduire le produit dans différents appareils. Un multiplicateur de tension a été assemblé sur des diodes et des condensateurs connectés dans leur propre ordre.
En plus de la fonction d'augmentation de l'électricité, les multiplicateurs la convertissent simultanément du courant alternatif au courant continu. Ceci est pratique en ce que le circuit global du dispositif est simplifié et devient plus fiable et compact. Avec l'aide de l'appareil, une augmentation allant jusqu'à plusieurs milliers de volts peut être obtenue.
Où l'appareil est utilisé
Les multiplicateurs ont trouvé leur application dans divers types d'appareils, à savoir: les systèmes de pompage laser, les appareils à rayonnement X dans leurs unités haute tension, pour le rétroéclairage des écrans à cristaux liquides, les pompes de type ionique, les lampes à ondes progressives, ioniseurs d'air, systèmes électrostatiques, accélérateurs de particules, photocopieurs, téléviseurs et oscilloscopes avec kinéscopes, ainsi que là où une électricité CC à courant élevé et faible est requise.
Le principe du multiplicateur de tension
Pour comprendre le fonctionnement du circuit, il vaut mieux s'intéresser au fonctionnement du dispositif dit universel. Ici, le nombre d'étages n'est pas exactement spécifié et l'électricité de sortie est déterminée par la formule: nUin=Uout, où:
- n est le nombre d'étages de circuit présents;
- Uin est la tension appliquée à l'entrée de l'appareil.
Au moment initial, lorsque la première, disons, demi-onde positive arrive au circuit, la diode de l'étage d'entrée la transmet à son condensateur. Ce dernier est facturé à l'amplitude de l'électricité entrante. Avec un deuxième négatifdemi-onde, la première diode est fermée, et le semi-conducteur du deuxième étage la laisse aller à son condensateur, qui est également chargé. De plus, la tension du premier condensateur, connecté en série avec le second, s'ajoute au dernier et la sortie de la cascade est déjà doublée en électricité.
La même chose se produit à chaque étape suivante - c'est le principe d'un multiplicateur de tension. Et si vous regardez la progression jusqu'à la fin, il s'avère que l'électricité de sortie dépasse l'entrée d'un certain nombre de fois. Mais comme dans un transformateur, l'intensité du courant ici diminuera avec une augmentation de la différence de potentiel - la loi de conservation de l'énergie fonctionne également.
Schéma de construction d'un multiplicateur
L'ensemble de la chaîne du circuit est assemblé à partir de plusieurs maillons. Une liaison du multiplicateur de tension sur le condensateur est un redresseur de type demi-onde. Pour obtenir le dispositif, il est nécessaire d'avoir deux liaisons connectées en série comportant chacune une diode et un condensateur. Un tel circuit est un doubleur d'électricité.
La représentation graphique du dispositif multiplicateur de tension dans la version classique ressemble à la position diagonale des diodes. Le sens de commutation sur les semi-conducteurs détermine quel potentiel - négatif ou positif - sera présent à la sortie du multiplicateur par rapport à son point commun.
En combinant des circuits avec des potentiels négatifs et positifs, un circuit doubleur de tension bipolaire est obtenu à la sortie de l'appareil. Une caractéristique de cette construction est que si vous mesurez le niveaul'électricité entre le pôle et le point commun et qu'elle dépasse la tension d'entrée de 4 fois, alors l'amplitude de l'amplitude entre les pôles augmentera de 8 fois.
Dans le multiplicateur, le point commun (qui est connecté au fil commun) sera celui où la sortie de la source d'alimentation est connectée à la sortie d'un condensateur groupé avec d'autres condensateurs connectés en série. À la fin de ceux-ci, l'électricité de sortie est prélevée sur des éléments pairs - à un coefficient pair, sur des condensateurs impairs, respectivement, à un coefficient impair.
Condensateurs de pompage dans le multiplicateur
En d'autres termes, dans le dispositif du multiplicateur de tension constante, il existe un certain processus transitoire de réglage du paramètre de sortie correspondant à celui déclaré. La façon la plus simple de voir cela est de doubler l'électricité. Lorsque, à travers le semi-conducteur D1, le condensateur C1 est chargé à sa pleine valeur, alors dans l' alternance suivante, il charge simultanément avec la source d'électricité le second condensateur. C1 n'a pas le temps de céder complètement sa charge à C2, de sorte que la sortie n'a pas initialement une double différence de potentiel.
A la troisième alternance, le premier condensateur est rechargé puis applique un potentiel à C2. Mais la tension sur le deuxième condensateur a déjà un sens opposé au premier. Par conséquent, le condensateur de sortie n'est pas complètement chargé. A chaque nouveau cycle, l'électricité sur l'élément C1 tendra vers l'entrée, la tension C2 doublera de taille.
Commentcalculer le multiplicateur
Lors du calcul du dispositif de multiplication, il faut partir des données initiales, qui sont: le courant nécessaire à la charge (In), la tension de sortie (Uout), le coefficient d'ondulation (Kp). La valeur de capacité minimale des éléments de condensateur, exprimée en uF, est déterminée par la formule: С(n)=2, 85nIn/(KpUout), où:
- n est le nombre de fois que l'électricité d'entrée est augmentée;
- In - courant circulant dans la charge (mA);
- Kp – facteur de pulsation (%);
- Uout - tension reçue à la sortie de l'appareil (V).
En multipliant par deux ou trois la capacité obtenue par calculs, on obtient la valeur de la capacité du condensateur à l'entrée du circuit C1. Cette valeur de l'élément vous permet d'obtenir immédiatement la valeur complète de la tension à la sortie et de ne pas attendre qu'un certain nombre de périodes se soient écoulées. Lorsque le travail de la charge ne dépend pas du taux de montée de l'électricité à la sortie nominale, la capacité du condensateur peut être prise identique aux valeurs calculées.
Idéal pour la charge si le facteur d'ondulation du multiplicateur de tension de diode ne dépasse pas 0,1 %. La présence d'ondulations jusqu'à 3% est également satisfaisante. Toutes les diodes du circuit sont sélectionnées à partir du calcul afin qu'elles puissent supporter librement une intensité de courant double de sa valeur dans la charge. La formule de calcul de l'appareil avec une grande précision ressemble à ceci: nUin - (In(n3 + 9n2/4 + n/2)/(12 f C))=Uout, où:
- f – fréquence de tension à l'entrée de l'appareil (Hz);
- C - capacité du condensateur (F).
Avantages etdésavantages
En parlant des avantages du multiplicateur de tension, on peut noter ce qui suit:
La capacité d'obtenir des quantités importantes d'électricité à la sortie - plus il y a de maillons dans la chaîne, plus le facteur de multiplication sera élevé
- Simplicité de conception - tout est assemblé sur des liaisons standard et des éléments radio fiables qui échouent rarement.
- Poids – l'absence d'éléments encombrants comme un transformateur de puissance réduit la taille et le poids du circuit.
Le plus gros inconvénient de tout circuit multiplicateur est qu'il est impossible d'obtenir un courant de sortie important pour alimenter la charge.
Conclusion
Choisir un multiplicateur de tension pour un appareil particulier. il est important de savoir que les circuits équilibrés ont de meilleurs paramètres en termes d'ondulation que les circuits asymétriques. Par conséquent, pour les appareils sensibles, il est plus opportun d'utiliser des multiplicateurs plus stables. Asymétrique, facile à réaliser, contient moins d'éléments.
